Износ высокоэнтропийного (HEC) ионно-плазменного (AlCrZrTiTa)N покрытия при высокоскоростном сухом резании

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены эксперименты по сухому высокоскоростному резанию режущей пластины с высокоэнтропийным ионно-плазменным покрытием на основе (AlCrZrTiTa)N толщиной порядка 3,0 мкм (на стадии приработки длительностью 130 м и после резания в течение 260 м). Показано, что трибологическая адаптация покрытия из высокоэнтропийного нитрида с аморфно-нанокристаллической структурой в условиях высокоскоростного сухого резания является неравновесным процессом и включает в себя частичное окисление фрагментов нитрида и динамическое конкурентное образование защитных пленок трибооксидов с термобарьерными и антифрикционными свойствами с самых начальных стадий резания.

Об авторах

Анатолий Иванович Ковалев

НЦМФМ ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина»

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru

кандидат технических наук, и. о. директора 

Россия, Москва

Егор Павлович Коновалов

ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина»

Email: journal@electronics.ru

младший научный сотрудник

Россия, Москва

Владимир Олегович Вахрушев

ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина»

Email: journal@electronics.ru

кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник

Россия, Москва

Дмитрий Львович Вайнштейн

ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина»

Email: journal@electronics.ru

кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории 

Россия, Москва

Станислав Алексеевич Дмитриевский

ООО НТВП «Поверхность»

Email: journal@electronics.ru

младший специалист 

Россия, Москва

Список литературы

  1. Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J., Gan J.-Y., Chin T.-S., Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes. Adv. Eng. Mater. 2004, 6, 299–303.
  2. Zhang Y., Zuo T. T., Tang Z., Gao M. C., Dahmen K. A., Liaw P. K., Lu Z. P. Microstructures and properties of high-entropy alloys. Prog. Mater. Sci. 2014, 61, 1–93.
  3. Rempel A. A., Gelchinskii B. R. High-entropy alloys: preparation, properties and practical application, Izve stiya VUZov. Chernaya Metallurgiya = Izve stiya. Ferrous Metallurgy. 2020. Vol. 63. No. 3–4. PP. 248–253.
  4. Arif Z. U., Khalid M. Y., Al Rashid A., ur Rehman E., Atif M. Laser deposition of high-entropy alloys: A comprehensive review. Opt. Laser Technol. 2021, 145, 107447.
  5. Jiang Li, Lu Yi., Dong Yo., Wang T., Cao Zh., Li T. Annealing effects on the microstructure and properties of high_entropy CoCrFeNiTi0.5 alloy casting ingot, Ibid. 2014. Vol. 44. PP. 37–43.
  6. Gorban V. F., Andreev A. A., Shaginyan L. R. et al. High-Entropy Coatings – Structure and Properties. J. Superhard Mater. 40, 88–101 (2018). doi.org/10.3103/S106345761802003X.
  7. Самойлова О. В., Яньшина Е. А., Остовари Могаддам А., Трофимов Е. А. Изучение коррозионной стойкости высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 в морской воде// Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2022. Т. 22, № 1. С. 33–41. doi: 10.14529/met220104.
  8. Huimin Xiang, Fu-Zhi Dai, Yanchun Zhou High-Entropy Materials: From Basics to Applications Wiley & Sons, 2023, ISBN: 3527837191, 9783527837199.
  9. Straumal B. B., Klinger L., Kuzmin A., Lopez G. A., Korneva A., Straumal A. B., Vershinin N., Gornakova A. S. High Entropy Alloys Coatings Deposited by Laser Cladding: A Review of Grain Boundary Wetting Phenomena, Coatings 2022, 12(3), 343; doi: 10.3390/coatings12030343.
  10. Jiang C., Li R., Wang X., Shang H., Zhang Y., Liaw P. K. Diffusion barrier performance of AlCrTaTiZr/AlCrTaTiZr-N high-entropy alloy films for cu/si connect system. Entropy 2020, 22, 234.
  11. Arshad M., Amer M., Hayat Q., Janik V., Zhang X., Moradi M., Bai M. High-Entropy Coatings (HEC) for High-Temperature Applications: Materials, Processing, and Properties. Coatings 2022, 12, 691. DOI: 10.3390/ coatings12050691.
  12. Pogrebnjak A. D., Yakushchenko I. V., Bagdasaryan A. A., Bondar O. V., Krause-Rehberg R., Abadias G., Chartier P., Oyoshi K., Takeda Y., Beresnev V. M., Sobol O. V. Microstructure, physical and chemical properties of nanostructured (TiHfZrVNb)N coatings under different deposition conditions, Materials Chemistry and Physics 2014, 147(3):1079–1091, doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.06.
  13. Lo W.-L., Hsu S.-Y., Lin Y.-C., Tsai S.-Y., Lai Y.-T., Duh J.-G. (2020). Improvement of high entropy alloy nitride coatings (AlCrNbSiTiMo)N on mechanical and high temperature tribological properties by tuning substrate bias. Surface and Coatings Technology, 126247. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.
  14. Shen W-J, Tsai M-H, Yeh J-W. Machining performance of sputter-deposited (Al0.34Cr0.22Nb0.11Si0.11Ti0.22)50 N50 high-entropy nitride coatings. Coatings. 2015;5: 312–325.
  15. Cheng K-H, Lai C-H, Lin S-J, et al. Structural and mechanical properties of multi-element (AlCrMoTaTiZr)Nx coatings by reactive ti-element (AlCrMoTaTiZr)Nx coatings by reactive magnetron sputtering. Thin Solid Films. 2011;519:3185–3190.
  16. An Z, Jia H, Wu Y, et al. Solid-solution CrCoCuFeNi high-entropy alloy thin films synthesized by sputter deposition. Mater Res Lett. 2015;3:203–209.
  17. Ji X., Duan H., Zhang H., et al. Slurry erosion resistance of laser clad NiCoCrFeAl3 high-entropy alloy coatings. Tribol T. 2015;58:1119–1123.
  18. Zhang H., Wu W., He Y., et al. Formation of core–shell structure in high entropy alloy coating by laser cladding. Appl Surf Sci. 2016;363:543–547.
  19. Yao C.-Z., Zhang P., Liu M., et al. Electrochemical preparation and magnetic study of Bi–Fe–Co–Ni–Mn high entropy alloy. Electrochim Acta. 2008;53:8359–8365.
  20. Liu D., Cheng J. B., Ling H. Electrochemical behaviours of (NiCoFeCrCu)95 B5 high entropy alloy coatings. Mater Sci Tech. 2015;31:1159–1164.
  21. Sudha C., Shankar P., Rao R. V. S., et al. Microchemical and microstructural studies in a PTA weld overlay of Ni–Cr–Si–B alloy on AISI 304 L stainless steel. Surf Coat Tech. 2008;202:2103–2112.
  22. Cheng J. B., Liang X. B., Wang Z. H., et al. Formation and mechanical properties of CoNiCuFeCr high-entropy alloys coatings prepared by plasma transferred arc cladding process. Plamsa Chem Plasma P. 2013;33:979–992.
  23. Kocsis B., Gulyás G. and Varga L. K. (2022) Development of High-Entropy Alloy Coating by Additive Technology. Front. Mater. 8:802076. doi: 10.3389/fmats.2021.802076.
  24. Wainstein D., Kovalev A. Tribooxidation as a way to improve the wear resistance of cutting tools. Coatings 2018, 8, 223; doi: 10.3390/coatings8060223
  25. Fox-Rabinovich G., Kovalev A., Gershman I., Wainstein D., Aguirre M. H., Covelli D., Paiva J., amamoto K. Y., Veldhuis S. Complex Behavior of Nano-Scale Tribo-Ceramic Films in Adaptive PVD Coatings under Extreme Tribological Conditions. Entropy 2018, 20, 989; doi: 10.3390/e20120989
  26. Döscher H., Lilienkamp G., Iskra P., Daum W., Helsch G., Becker S., Wrobel R. J., Weiss H. and Suchorski Y. High-quality ZrO2 / Si(001) thin films by a sol-gel process: Preparation and characterization, Journal of applied physics 107, 094103 2010. doi: 10.1063/1.3340830.
  27. Fox-Rabinovich G., Totten G. Self-organization During Friction, Taylor and Francis, Boca Raton, 2006.
  28. Fox-Rabinovich G., Paiva J. M., Gershman I., Aramesh M., Cavelli D., Yamamoto K., Dosbaeva G. and Veldhuis S. Control of Self-Organized Criticality through Adaptive Behavior of Nano-Structured Thin Film Coatings, Entropy 2016, 18, 290, doi: 10.3390/e18080290.
  29. Hardcastle F. D. and Wachs I. E. Raman spectroscopy of chromium oxide supported on a1,03, TiO2 and Si02: a comparative study, Journal of molecular catalysis, 46 (1988) 173–186.
  30. Yong Liu, Bo Cheng, Kang-Kai Wang, Guo-Ping Ling, Jun Cai, Chen-Lu Song, Gao-Rong Han. Study of Raman spectra for γ-Al2O3 models by using first-principles method, Solid StateCommunications178(2014)16–22, doi: 10.1016/j.ssc.2013.09.030.
  31. Baronins J., Antonov M., Bereznev S., Raadik T. and Hussainova I. Raman Spectroscopy for Reliability Assessment of Multilayered AlCrN Coating in Tribo-Corrosive Conditions, Coatings 2018, 8, 229; doi: 10.3390/coatings8070229.
  32. Kong Weicheng and Shen Hui. 2018 Mater. Res. Express 5 096402, doi: 10.1088/2053-1591/aad489.
  33. Guo J. J., Madhav Reddy K., Hirata A., Fujita T., Gazonas G. A., McCauley J.W. and Chen M. W. Sample size induced brittle-to-ductile transition of single-crystal aluminum nitride, Acta Materialia 88 (2015) 252–259, doi: 10.1016/j.actamat.2015.01.043.
  34. Yongsheng Chen, Fierro J. L.G., Tanaka T. and Wachs I. E. Supported Tantalum Oxide Catalysts: Synthesis, Physical Characterization, and Methanol Oxidation Chemical Probe Reaction, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5243–5250.
  35. Barshilia H. C., Rajam K. S. Raman spectroscopy studies on the thermal stability of TiN, crN, TiAlN coatings and nanolayered TiN/CrN, TiAlN/CrN multilayer coatings. Journal of Materials Research 19, 3196–3205 (2004). doi: 10.1557/JMR.2004.0444.
  36. Rivera-Tello C. D., Broitman E., Flores-Ruiz F. J., Perez-Alvarez J., Flores-Jiménez M., Jiménez O. and Flores M. Micro and Macro-Tribology Behavior of a Hierarchical Architecture of a Multilayer TaN/Ta Hard Coating, Coatings 2020, 10, 263; doi: 10.3390/coatings10030263.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Ковалев А.И., Коновалов Е.П., Вахрушев В.О., Вайнштейн Д.Л., Дмитриевский С.А., 2025